Что такое цифровая камера? Цифровая камера – устройство для фотосъемки, в котором изображение регистрируется на систему ПЗС-матриц и сохраняется в цифровом виде. Цифровая камера может не только фиксировать и преобразовывать в цифровую форму изображение, но и записывать звук, параметры съемки. В зависимости от конструктивного исполнения различают следующие цифровые камеры: с задней разверткой; трех кадровые; однокадровые с одной матрицей; однокадровые с тремя матрицами.

Характеристики цифровой камеры К числу важнейших характеристик цифровых камер можно отнести следующие: разрешение; поддержка интерфейсов SCSI, WireFire, USB; объем носителя информации. Цифровые камеры удобны в использовании, поскольку имеют жидкокристаллический экран, позволяют вести запись как отдельных кадров, так и их последовательности, имеют возможность непосредственного подключения к принтеру. Носителем информации в цифровых камерах обычно служат карты флэш-памяти.

Студийные камеры Названия фирм, производящих эту технику, не скажут ничего не только обычному пользователю, но и профессиональному фотографу - Leaf, Phase One, Dicomed. Студийные камеры предназначены для стационарной съемки в специально отведенном для этого помещения - фотостудии. Для студийных камер не существует ограничений ни на время экспонирования, ни (теоретически) на габариты устройства. В связи с этим данные приборы в основном представляют собой приставку к среднеформатной или крупноформатной камере, устанавливаемую вместо задней стенки аппарата. Конструктивно эти устройства можно разделить на два основных типа - сканирующие и полнокадровые. Поскольку в студийной технике применяются дорогостоящие ПЗС-матрицы высокого разрешения, поток информации в таких системах очень интенсивный. назад

Полевые камеры Гораздо более распространенной категорией являются полевые камеры. Так как данные модели предназначены для эксплуатации в различных условиях освещения, а объекты съемки могут быть самым разнообразными, крайне необходим широкий диапазон выдержки и диафрагмы, а также встроенная вспышка. Фотоаппараты этого класса работают автономно, поэтому должны обладать большими объемами памяти и низким уровнем энергопотребления. Ввиду того, что полевые камеры постоянно находятся в руках своих владельцев, в крайнем случае, в сумке на плече, к этому типу техники предъявляются очень жесткие требования по массе и габаритами. В 2002 году появилась технология, которую можно назвать революционной - многослойные матрицы, в которых каждый элемент (пиксел) регистрирует полную информацию о цветовом диапазоне. Достигается это за счет того, что свет с разной длиной волны проникает в материал ЭОП на разную глубину. Применение сменной оптики и цена - вот что разделяет многочисленное семейство полевых фотокамер на две большие категории: профессиональные и любительские. назад

Профессиональные камеры К началу 2003 года основной из критериев - цена составляет от 2000 долларов для профессиональных камер. Тому виной два обстоятельства. Во-первых, категория покупателей профессиональной техники относительно немногочисленна и согласна с высокой ценой за хорошее качество. Кроме того, сменные объективы, используемые в камерах этого класса, зачастую стоят не намного дешевле самих фотоаппаратов. Вторая причина повышенной стоимости - конструкция этих устройств. Фактически профессиональная камера представляет собой корпус "зеркального" пленочного фотоаппарата высокого класса (и высокой стоимости), доработанного с учетом установки электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и устройства хранения кадров. Большинство моделей снабжаются цветным ЖК - дисплеем расположенным на задней панели, - он используется для просмотра и удаления отснятых кадров, настройки камеры и т. д. Главное же конструктивное отличие данной категории: наличие байонетного разъема для сменной оптики, причем стоимость качественного объектива может в несколько раз превосходить стоимость камеры. Использование стандартной оптики накладывает также ограничение на минимальный размер ЭОП, по габаритам он должен быть максимально приближен к размерам кадра 35-мм пленки. Так как в качестве ЭОП в основном используются дорогостоящие крупногабаритные ПЗС-матрицы, общую цену камеры низкой назвать нельзя. Однако в последнее время наметилась тенденция использовать в качестве базы фотоаппараты среднего класса: Возможно, в недалеком будущем стоимость цифровой "зеркалки" опустится ниже планки в 2000 долларов. назад

Любительские камеры Поскольку фотолюбителей, готовых купить камеру за 2000 долларов и выше (это без учета стоимости оптики), не так уж и много, вскоре после профессиональных моделей появились и любительские, которым и будет уделено основное внимание на страницах данной книги. В англоязычной литературе часто встречаются определения consumer camera (буквальный перевод - потребительские камеры), а также prosumer camers - этот термин появился сравнительно недавно и образован за счет слияния слов ргоfеввiопа 1 и сопвитег. Им обозначаются недавно появившиеся модели с высоким разрешением, большим количеством ручных настроек и сервисных функций, с возможностью установки оптических насадок и подключения внешней вспышки - в общем, со всем тем, что до недавнего времени встречалось только в профессиональных моделях. Любительская цифровая камера в отличие от профессиональной разрабатывается, что называется, "с нуля", без использования корпуса и оптики пленочных камер. Есть, правда, модели, внешним видом напоминающие широко известные 35-мм любительские камеры. => ">

Любительские камеры. Продолжение Как и следует ожидать, на внешнем виде сходство заканчивается даже такая, на первый взгляд, легко поддающаяся копированию часть пленочной камеры, как объектив, не годится для цифровой модели. Дело в том, что используемые в любительских цифровых фотоаппаратах ПЗС-матрицы значительно меньше тех, что применяются в профессиональных. Их размер не превышает 2/3 дюйма по диагонали, а наиболее часто встречаются матрицы с диагональю 1/2 дюйма. При этом оптика, перенесенная один в один с 35-мм камеры, дает изображение, значительно превосходящее по размерам ПЗС-матрицу. Кроме того, ЭОП обладают меньшей по сравнению с пленкой светочувствительностью, а с другой стороны, продолжительное воздействие яркого света губительно для них, что накладывает дополнительные ограничения на конструкцию затвора и светосильные характеристики оптики. Как ни прискорбно, до сих пор встречаются конструкции камер, оптика которых вызывает нехорошие воспоминания о дешевых китайских "мыльницах" с пластмассовыми линзами. Естественно, что никакие "мегапиксели" не помогут сформировать качественное изображение при эксплуатации таких моделей. В то же время появившиеся в 1998 году камеры с ЭОП на полтора миллиона элементов и хорошей светосильной оптикой до сих пор с успехом используются в достаточно сложных для съемки условиях, например при съемке в помещениях с плохой освещенностью. назад

Принцип работы издательских комплексов с использованием цифровой фотографии Для многих студийных камер необходимо специальное студийное освещение, и их нельзя синхронизировать со вспышкой или стробоскопом. В некоторых моделях отсутствует необходимый объем встроенной памяти для хранения цифровых изображений; такие камеры привязаны к компьютеру. Часто имеется возможность вместо объектива камеры использовать для предварительного просмотра изображения экран компьютера и видеомонитор. Полевые цифровые фотокамеры, напротив, имеют довольно короткую выдержку, что позволяет использовать их при ручной съемке движущихся объектов, в том числе людей; они обладают встроенной памятью, достаточной для хранения значительного количества цифровых фотографий, что делает подобные аппараты практически идеальными инструментами для фотожурналистов. Но приемлемое для ручной съемки время выдержки в полевых камерах обычно достигается за счет более низкого качества получаемых изо­бражений, которые не годятся для высококачественных журналов и каталогов. Тем не менее деление на студийные и полевые камеры достаточно условно, и ряд моделей можно с равным основанием отнести к обеим категориям.
Шлем виртуальной реальности Шлем виртуальной реальности устройство, позволяющее частично погрузиться в мир виртуальной реальности, создающее зрительный и акустический эффект присутствия в заданном управляющим устройством (компьютером) пространстве. Представляет собой устройство, надеваемое на голову, снабженное видеоэкраном и стерео- или квадрофонической акустической системой. Название «шлем» достаточно условное: современные модели гораздо больше похожи на очки, чем на шлем. Шлем создаёт объёмное изображение, подавая две разные картинки каждому глазу. Кроме того, шлем может содержать гироскопический или инфракрасный датчик положения головы.

Шлем виртуальной реальности На данный момент шлемы виртуальной реальности сильно дешевеют и в скором времени возможно превратятся в такой же необходимый атрибут компьютерных игр, как джойстик или мышь. На рынке уже представлено несколько доступных моделей видеоочков по цене, не превышающей стоимость хорошего руля для гоночных компьютерных игр. В основных недостатках бюджетных моделей отсутствие встроенного трекера для отслеживания позиции головы, небольшое разрешение видеоэкранов. Некоторые видео очки имеют только один видеоэкран и не способны создавать трехмерное изображение. Оператор в шлеме и перчатках виртуальной реальности.

В последнее время популярность цифровых камер растет не по дням, а по часам. Главными причинами является снижение цен, усовершенствование технологии и возможность печати высококачественных фотографий в домашних условиях. Однако остается несколько факторов, сильно тормозящих процесс популяризации цифровых камер. Мы имеем в виду страх неподготовленного пользователя перед новыми цифровыми технологиями. Большое число кнопок, несколько LCD экранов, какие то карты памяти, все этой является достаточно сложным и пугающим. Ведь насколько проще взять обычную пленочную мыльницу, нажать кнопку и все… Да, именно все, можно забыть о всех возможностях хранения, обработки, переноса и демонстрации фотографий, предоставляемых современными цифровыми камерами.

В этой статье мы попробуем на понятном языке, основные особенности современных цифровых камер, покажем насколько «сложно» работать с такими устройствами.

Что выбрать?

Во-первых, выбирая цифровую камеру необходимо определиться с размером. В большинстве случаев от размера камеры зависит не только удобство использования, но и некоторые характеристики. Сегодня Вы можете выбрать достаточно большую камеру, как, например Olympus E-10, камеру среднего размера или совсем миниатюрную, как Minolta DiMAGE X.

Большая цифровая камера Olympus E-10

Миниатюрные камеры

Говоря о зависимости удобства использования от размера камеры, то надо заметить, что это вопрос индивидуальный и зависит от возможностей и потребностей пользователя. С одной стороны, большие камеры, имеющие увеличенный вес, кажутся более удобными и стабильными во время съемки. Обычно такие камеры имеют выступ с правой стороны камеры, необходимый для уверенного захвата камеры. С другой стороны маленькие камеры кажутся более привычными и удобными для большинства пользователей.

С точки зрения качества съемки, то сегодня размер не имеет большого влияния. Даже самые маленькие камеры имеют ПЗС (прибор, который фиксирует изображение) с большим разрешением. Единственное ограничение маленьких камер - размер объектива. Однако, в большинстве случаев, небольшие объективы полностью обеспечивают потребности большинства пользователей.

Теперь давайте рассмотрим конструктивные особенности. Выше на фотографиях мы показали совершенно разные камеры, однако, если присмотреться внимательнее, они имеют много общего.

Как Вы можете видеть, фронтальная сторона любой камеры очень похожа на обычные пленочные камеры. Здесь размещен объектив, окошко видоискателя и вспышка.

Среди особенностей, необходимо отметить возможность использования дополнительных объективов и фильтров. Например, вот так:

Эта особенность присуща полупрофессиональным камерам. Потребительские, маленькие камеры обычно используют несложный объектив, однако, его возможностей более, чем достаточно для получения высококачественных любительских снимков.

Современные модели цифровых камер оснащаются достаточно ограниченной вспышкой, которой достаточно для любительской съемки, однако, если Вас интересует что-то по серьезнее необходимо приобрести внешнюю вспышку.

Больший интерес вызывает тыльная сторона цифровых камер. Обычно, это подтверждают фотографии разных камер, здесь размещен большой LCD экран, глазок видоискателя, и кнопки настройки параметров съемки и навигации по системе меню.

Говоря о тыльной стороне камеры, мы должны подробнее остановиться на нескольких важных элементах.

Видоискатель

В современных цифровых камерах используется оптический и (или) электронный видоискатель.

Оптический видоискатель полностью соответствует видоискателю большинства пленочных камер. В некоторых моделях зеркальных цифровых камер оптический видоискатель может принимать световой поток непосредственно от ПЗС. Т.е. пользователь будет видеть картину съемки, которая полностью соответствует будущему отпечатку.

Оптический видоискатель может иметь возможность регулировки диоптрии и специальную шторку для исключения обратного потока света в зеркальной камере.

Для простоты использования многие пользователи используют электронный видоискатель, отображающий съемочную сцену на экране LCD. Однако, LCD экраны не всегда удобны при использовании на открытом воздухе при ярком солнечном свете.

Некоторые камеры имеют возможность повернуть LCD экран, что обеспечивает дополнительное удобство съемки.

Кроме более точного наведения, электронный видоискатель может отображать различную рабочую информацию. Кстати, говоря, о точности наведения необходимо учесть факт, что многие LCD экраны отображают менее 100% съемочной сцены. Об ограничениях видимой области необходимо заранее прочитать в руководстве пользователя.

Кроме функций электронного видоискателя, LCD монитор, позволяет просматривать отснятые кадры, а так же отображает меню.

Органы управления

Для упрощения использования большинство современных цифровых камер используют похожий набор кнопок управления. Среди основных кнопок можно выделить переключатель режима работы (съемка, просмотр, выключено), кнопку спуска затвора, кнопок зума, вход в меню и навигация. Кроме того, некоторые модели имеют дополнительные кнопки, такие как автофокусировка, ручной режим и т.д.

Обратите внимание на идентичную интуитивную маркировку кнопок на всех, представленных выше, камерах.

Нижняя сторона

Обязательным атрибутом нижней стороны цифровых камер является крепление штатива. Обычно оно выполняется из метала или, в редких случаях, из пластмассы.

В некоторых моделях здесь же располагается отсек для батареек.

Батарейки

Современные цифровые камеры могут работать как от обычных «пальчиковых» батареек или аккумуляторов типа AA, так и использовать специфические аккумуляторы повышенной емкости.

В первом случае, производитель обычно комплектует камеру одним комплектов батареек. Здесь мы настоятельно рекомендуем приобрести два комплекта аккумуляторов большой емкости. Дело в том, что цифровые камеры достаточно прожорливы и в походных условиях, заряд комплекта батареек заканчивается достаточно быстро.

Носители информации

Для сохранения отснятых кадров цифровые камеры используют встроенную и внешнюю память. Объем встроенной памяти обычно ограничен 8MB, чего хватит только для сохранения нескольких кадров в не очень высоком качестве. Для полноценной работы необходимо иметь карту памяти на 64 или 128MB.

Среди многообразия карт памяти, наиболее популярными считаются SmartMedia, MMC, CompactFlash и MemoryStiс. Главным отличием различных типов носителей, может быть потребляемая энергия и скорость передачи данных, однако, сейчас мы не будем углубляться в эти детали, для этого у нас припасена отдельная статья.

Для установки карты памяти, все цифровые камеры имеют специальный отсек, или правильнее будет сказано слот. Обратите внимание, что для каждого типа носителя существует собственный слот, и Вы не можете использовать любой другой, имеющийся у Вас носитель, кроме того, который поддерживает камера. Это очень важно учитывать во время покупки дополнительной карты памяти. Кроме того, необходимо позаботиться о правильном позиционировании карты памяти в слот. Большинство слотов имеют дизайн, блокирующий неправильную установку карты памяти.

Некоторые камеры имеют комбинированные слоты памяти, позволяющие устанавливать два различных типа карт памяти.

Особенности настройки цифровой камеры

Как только камера включена, и загружена операционная система, Вы имеет возможность настроить параметры камеры. Обычно при первом включении автоматически устанавливаются заводские настройки, так называемый базовый или автоматический режим. Хотя Вы можете немедленно приступить к съемке, Вы можете настроить несколько важных параметров, что бы оптимизировать качество получаемых кадров.

Настройки большинства параметров съемки производятся в меню, отображаемом на LCD мониторе. Современные камеры имеют похожую систему меню, отличающуюся включением дополнительных опций и функций, присущих конкретной модели, и внешним оформлением. В основном сегодня встречаются текстовые и графические меню. Ниже на фотографиях показаны оба варианта дизайна меню. Как Вы можете видеть, оба варианта достаточно понятны и интуитивны.

Баланс белого

Учитывая факт, что различные источники света могут изменять температуру цвета, необходимо, что бы цифровая камера имела возможность менять т.н. баланс белого. Цифровые камеры обычно имеют несколько предустановленных значений температуры цвета (Символ солнца означает установку температуры 5500° приемлемую для съемки при ярком солнечном свете, символ «лампа» означает установку температуры цвета в 3200° приемлемое для съемки при освещении лампой накаливания) или Вы можете выбрать режим AUTO, который позволит камере самостоятельно определить оптимальный уровень цветовой температуры.

Параметр ISO (или ASA или чувствительность) используется для определения скорости или чувствительности фотопленки. Чем больше значение ISO, тем большую чувствительность имеет пленка. Большая чувствительность позволяет делать лучшую экспозицию при низком освещении. В цифровых камерах этот термин означает то же самое, что и в обычных камерах, только он определяет чувствительность ПЗС. В этом случае увеличение чувствительности ПЗС ведет к увеличению шума, на снятых кадрах. Поэтому Вам необходимо определить максимально удачное значение ISO для текущих условий съемки.

В большинстве случаев мы рекомендуем использовать ISO равное 100, поскольку в этом случае получается лучшее качество отпечатка. Для изменения значения ISO, Вы должны активизировать меню на экране LCD, и с помощью клавиш джойстика выбрать желаемое значение(100, 200, 400 или AUTO).

Разрешение

Разрешающая способность определяет качество и размер снимка. Для получения самого высокого качества мы рекомендуем использовать формат TIFF. В этом формате изображение передается без сжатия и соответственно без потерь качества. Однако размер получаемых снимков довольно велик. Для записи большого числа кадров на одной карте памяти, можно использовать формат JPEG с изменяемым коэффициентом компрессии.

Для определения возможного числа сохраненных кадров необходимо учитывать три фактора: объем карты памяти, размер чипа ПЗС (число мегапиксеолей), и установленное разрешение. Ниже в таблице представлены примерное число сохраненных кадров в зависимости от комбинации этих трех переменных.

Выбор разрешения зависит от конкретных потребностей. Так, если Вы снимаете для публикации в Internet или для просмотра на экране проектора, то можно выбрать не высокое разрешение. Если для полиграфии или для фотопечати, то необходимо выбрать максимальное разрешение. Выбор разрешения осуществляется через меню на LCD экране.

Что делать с полученными снимками?

После того, как Вы сделали необходимые кадры, Вы можете перенести их на компьютер, просмотреть их на TV или проекторе, или отнести их в фото студию.

Скопировать кадры с карты памяти можно несколькими способами. Во-первых, можно подключить камеру к компьютеру по USB или последовательному порту.

Или подключить карту памяти к специальной читалке, которые теперь продаются в огромных количествах, разных форм и цветов. Например, такие:

Сигнал с которых представляется, обрабатывается и хранится в самом аппарате в цифровом виде.

Fujifilm FinePix S9000

Несмотря на функциональное сходство, цифровые видеоустройства самого разного назначения, такие как камеры видеонаблюдения и веб-камеры , фотоаппаратами обычно не называются, если не позволяют сохранить снимки в самом устройстве или на вставленном в устройство носителе информации.

Классификация

В ряде случаев современная видеозаписывающая аппаратура имеет функции получения статических снимков, а значительная доля устройств, называемых цифровыми фотоаппаратами, умеет осуществлять запись видеоизображения и звука и выводить видеосигнал в телевизионном формате. Поэтому граница между видео- и фотооборудованием в цифровую эпоху в достаточной степени условна и определяется скорее тем, какие задачи ставит оператор, нежели тем, какова функциональная «начинка» камеры.

Цифровые фотоаппараты можно поделить на несколько классов:

• Фотоаппараты со встроенной оптикой:
  • Компактные («мыльница » традиционных размеров). Характеризуются малыми размерами и весом. Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность или высокий уровень шумов. Также этот тип камер обычно отличает отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек экспозиции .
  • Сверхкомпактные, миниатюрные. Отличаются не только размерами, но часто и отсутствием видоискателя и экрана.
  • Встроенные в другие устройства. Отличаются отсутствием собственных органов управления.
  • Псевдозеркальные - внешним видом напоминают зеркальную камеру, а также, как правило, помимо цифрового дисплея, оснащены видоискателем-глазком. Изображение в видоискателе такого аппарата формируется на отдельном цифровом экране, или на поворачивающемся основном экране. Как правило, имеют резьбу на объективе для присоединения насадок и светофильтров (пример - Konica Minolta серия моделей Z).
  • Полузеркалка - жаргонный термин, описывающий класс аппаратов, в которых имеется наводка по матовому стеклу через съёмочный объектив, однако нет возможности объектив менять. В таких аппаратах оптическая схема содержит светоделительную призму, которая направляет от 10 до 50 % светового потока на матовое стекло, а остальное передается на матрицу. (примеры - Olympus E-10, E-20)
• Камеры со сменной оптикой:

История

Устройство цифрового фотоаппарата

Светочувствительная матрица

Носители информации

Извлечение Canon Powershot A95

Практически все цифровые фотоаппараты используют флэш-память , но есть также фотоаппараты, где используются оптические диски или дискеты в качестве носителя информации. Ряд фотоаппаратов имеют небольшой объем встроенной флеш-памяти, которой хватает для 2-30 снимков. Самые распространенные на сегодняшний день (2008) форматы:

Устаревшие носители информации:

• SM (Microdrive)

Объём флеш-карт варьируется в (на середину 2008 г) от 512 МБ до 64 ГБ.

Характеристики из сферы рекламы и маркетинга

Миниатюрная цифровая камера SiPix рядом со спичечной коробкой

Термин «полупрофессиональный цифровой фотоаппарат» («просьюмер » или «просьюмерка» - калька с англ. prosumer от англ. professional и англ. consumer ) обычно употребляется по отношению к псевдозеркальным аппаратам, полузеркалкам и ультразумам, но не является содержательным с технической и потребительской точки зрения.

Термином «профессиональные» обычно называют зеркальные или дальномерные фотоаппараты с кроп-фактором не менее K f =1,6 и обладающим рядом других отличительных особенностей.

Термин «Камера начального уровня» употребляется по отношению к относительно дешёвым моделям какой-либо серии фотоаппаратов, в какой-либо степени урезанным в функциях.

Термин «Ультразум», как правило, означает «мыльницу» с высокократным зум-объективом. Однако с течением времени кратность объектива, с которой начинается «ультра-», меняется. Так, например, называли 8x зумы при сравнении с 6x.

Вообще, многие пользователи не догадываются, что такое «Зум», считая «чем больше - тем лучше», а между тем это - всего лишь отношение максимального к минимальному фокусных расстояний объектива. И сравнивать фотоаппараты нужно как раз по фокусному расстоянию, от которого зависит «угол обзора» - то есть что войдёт в кадр.

December 30th, 2014

Сейчас цифровые фотоаппараты настолько вошли в нашу жизнь, что ни у кого уже не вызывают удивления. И мало кто задумывается о том, с чего все начиналось. Первая цифровая камера фирмы «Kodak»
Модель 1975 года.

Первая цифровая камера Eastman Kodak весила 3.6 кг. Она состояла из нескольких десятков плат и кассетного проигрывателя прикрепленного сбоку. Все это работало от 16 никель-кадмиевых батарей.

Давайте вспомним про это подробнее …

В декабре 1975 года инженер фирмы Kodak Стив Сассон (Steve Sasson) изобрел устройство, которое через несколько десятилетий приведет к революции в фотографии - первую цифровую фотокамеру.

Разрешение видеокамеры составляло всего 0.01 Мегапикселя (10 тыс пикселей, или приблизительно 125 х 80 пикселей). На создание одной черно-белой фотографии, цветные камера делать не умела, уходило 23 секунды, и они хранились на магнитной кассете.

Один из руководителей того проекта, инженер Стив Сассон (Steve Sasson) вспоминает о нем с теплотой - пускай устройство и не было доведено «до ума», оно стало интересным во многих смыслах - и вскоре благодаря нему Стив официально будет включен в «Зал славы потребительской электроники» (Consumer Electronics Hall of Fame), престижный список людей, внесших наиболее значительный вклад в эволюцию (а может - и революцию), произошедшую в последние годы в этой области.

Устройство собрано на основе элементов камеры Kodak Super 8, с использованием экспериментального прототипа ПЗС-матрицы, которой в наше время оснащаются все цифровые фотоаппараты. Носителем в нем служили, конечно, не флэш-карты, а обычные кассеты с магнитной лентой. Разумеется, ни скоростью работы, ни качеством снимков этот раритет похвастаться не мог: изображение с разверткой в 100 линий записывалось на пленку 23 секунды. Да и удобства оказалось немного - чтобы просмотреть картинку, кассету нужно было поместить в магнитофон, подключенный к компьютеру, который был, в свою очередь, подсоединен к телевизору. Неудивительно, что маркетологи Kodak, опробовавшие новинку на всевозможных фокус-группах, не решились финансировать продолжение проекта.

Для воспроизведения фотографий они считывались с пленки и выводились на обычный черно-белый телевизор.

Но это неважно, ведь даже это несовершенное устройство обладало главным преимуществом цифрового фотоаппарата - оно не нуждалось ни в фотопленке, ни в фотобумаге. Тогда даже это преимущество казалось странным. По словам Сассона, ему задавали вопросы: «Кому вообще может понадобиться смотреть фотографии в телевизоре? Где он будет их хранить? Как ты себе представляешь электронный фотоальбом? Возможно ли сделать технологию удобной и доступной массовому потребителю?»

Увы, тогда изобретатель не нашелся, что ответить скептикам. За него это сделало время.

Камера не предназначалась для продаж, да и не представляла интереса для фотографов в таком виде. Не удивительно что первые по-настоящему переносные цифровые камеры появились лишь практически 15 лет спустя в конце 80-х.

Этапы развития цифровой фотографии

• 1908 Шотландец Алан Арчибальд Кэмпбел Свинтон (Alan Archibald Campbell Swinton) печатает в журнале Nature статью, в которой описывает электронное устройство для регистрации изображения на электронно-лучевой трубке. В дальнейшем эта технология легла в основу телевидения.
• 1969 Исследователи из Bell Laboratories — Уиллард Бойл (Willard Boyle) и Джордж Смит (George Smith) сформулировали идею прибора с зарядовой связью (ПЗС) для регистрации изображений.
• 1970 Ученые из Bell Labs создали прототип электронной видеокамеры на основе ПЗС. Первый ПЗС содержал всего семь МОП-элементов.
• 1972 Компания Texas Instruments запатентовала устройство под названием «Полностью электронное устройство для записи и последующего воспроизведения неподвижных изображений». В качестве чувствительного элемента в нем использовалась ПЗС-матрица, изображения хранились на магнитной ленте, а воспроизведение происходило через телевизор. Данный патент практически полностью описывал структуру цифровой камеры, несмотря на то, что сама камера фактически была аналоговой.
• 1973 Компания Fairchild (одна из легенд полупроводниковой индустрии) начала промышленный выпуск ПЗС-матриц. Они были чёрно-белыми и имели разрешение всего 100х100 пикселей. В 1974 при помощи такой ПЗС-матрицы и телескопа была получена первая астрономическая электронная фотография. В том же году Гил Амелио (Gil Amelio), также работавший в Bell Labs, разработал техпроцесс производства ПЗС-матриц на стандартном полупроводниковом оборудовании. После этого их распространение пошло намного быстрее.
• 1975 Инженер Стив Сассон (Steve J. Sasson) работавший в компании Kodak сделал первую работающую камеру на ПЗС-матрице производства Fairchild. Камера весила почти три килограмма и позволяла записывать снимки размером 100×100 пикселей на магнитную кассету (один кадр записывался 23 секунды).
• 1976 Fairchild выпускает первую коммерческую электронную камеру MV-101, которая была использована на конвейере Procter&Gamble для контроля качества продукции. Это уже была первая, полностью цифровая камера, передававшая изображение в миникомпьютер DEC PDP-8/E по специальному параллельному интерфейсу
• 1980 Sony представила на рынок первую цветную видеокамеру на основе ПЗС-матрицы (до этого все камеры были чёрно-белыми).
• 1981 Sony выпускает камеру Mavica (сокращение от Magnetic Video Camera), с которой и принято отсчитывать историю современной цифровой фотографии. Mavica была полноценной зеркальной камерой со сменными объективами и имела разрешение 570×490 пикселей (0,28 Мп) Она записывала отдельные кадры в формате NTSC и поэтому официально она называлась «статической видеокамерой» (Still video camera). Технически, Mavica была продолжением линейки телевизионных камер Sony на основе ПЗС-матриц. Во многом, появление Mavica было переворотом, аналогичным изобретению химического фотопроцесса в начале 19-го века. На смену громоздким телекамерам с электронно-лучевыми трубками пришло компактное устройство на основе твердотельного ПЗС-сенсора. Полученные на ПЗС-матрице изображения сохранялись на специальном гибком магнитном диске в аналоговом видеоформате NTSC. Диск был похож на современную дискету, но имел размер 2 дюйма. На него можно было записать до 50 кадров, а также звуковые комментарии. Диск был перезаписываемый и назывался Video Floppy и Mavipak. Примерно в то же время в канадском университете Калгари была разработана первая полностью цифровая камера под названием All-Sky camera. Она предназначалась для научной фотосъемки, была сделана на основе ПЗС-матрицы Fairchild и выдавала данные в цифровом формате.
• 1984-1986 По примеру Sony, компании Canon, Nikon, Asahi также начали выпуск электронных видео- и фотокамер. Камеры были аналоговыми, стоили очень дорого и имели разрешение 0,3–0,5 мегапикселей. Картинки в формате видеосигнала писались на магнитные носители (как правило, дискеты). В этом же году Kodak ввёл в обиход термин «мегапиксель», создав промышленный образец CCD-сенсора с разрешением 1,4 Мп.
• 1988 Компания Fuji, которой и принадлежит право первенства в производстве полноценной цифровой видео-фотокамеры, совместно с Toshiba выпустила камеру Fuji DS-1P, основанную на ПЗС-матрице с разрешением в 0,4 Мп. DS-1P также стала первой камерой, записывавшей изображение в формате NTSC не на магнитный диск, а на сменную карту памяти статического ОЗУ (Static RAM) со встроенной для поддержания целостности данных батарейкой. В том же году Apple совместно с Kodak выпускает первую программу для обработки фотоизображений на компьютере - PhotoMac.
• 1990 Появилась уже полностью цифровая, коммерческая камера – Dycam Model 1, более известная под как Logitech FotoMan FM-1. Камера была чёрно-белая (256 градаций серого), имела разрешение 376×240 пикселов и 1 мегабайт встроенной оперативной памяти для хранения 32 снимков, встроенную вспышку и возможность подключить камеру к компьютеру.
• 1991 Kodak, совместно с Nikon, выпускает профессиональный зеркальный цифровой фотоаппарат Kodak DSC100 на основе камеры Nikon F3. Запись происходила на жесткий диск, находящийся в отдельном блоке, весившем около 5 кг.
• 1994 Apple совершает настоящий маркетинговый прорыв, выпустив Apple QuickTake 100. Фотокамера была выпущена в корпусе, напоминавшем бинокль (популярная в те годы форма для видео-фотокамер) и позволяла хранить во внутренней Flash-памяти восемь снимков размером 640×480 (0,3 Мп) или тридцать два снимка с половинным разрешением 320×200. Подключалась камера к компьютеру с помощью последовательного порта, питалась от трёх батареек формата AA и стоила меньше восьмисот долларов.
• 1994 На рынке появились первые Flash-карты форматов Compact Flash и SmartMedia, объёмом от 2 до 24 Мбайт.
• 1995 Выпущены первые потребительские фотоаппараты Apple QuickTake 150, Kodak DC40, Casio QV-11 (первая цифровая фотокамера с LCD-дисплеем и первая же - с поворотным объективом), Sony Cyber-Shot. Началась гонка за снижение цены и приближение качества цифровой фотографии к качеству плёнки.
• 1996 Приход на рынок компании Olympus, не только с новыми моделями, но и с концепцией комплексного подхода к цифровому фото, основанной на создании локальной пользовательской инфраструктуры: камера + принтер + сканер + персональное хранилище фотоинформации.
• 1996 Fuji представила первый цифровой минилаб. Технология нового устройства была гибридной – она сочетала в себе лазерные, цифровые и химические процессы. В дальнейшем к производству цифровых минилабов подключились и другие компании, в частности, Noritsu и Konica.
• 1997 Преодолён символический рубеж в 1 мегапиксель: в начале года выходит камера FujiFilm DS-300 c 1,2-мегапиксельной матрицей, в середине - зеркальная (на основе светоразделяющей призмы) однообъективная камера Olympus C-1400 XL (1,4 мегапиксела).
• 2000 Выпуск камеры Contax N Digital первой полнокадровой (24х36 мм) камеры с разрешением 6 Мп.
• 2000-2002 Цифровые камеры становятся доступными для массового потребителя.
• 2002 Sigma выпускает камеру SD9 c трехслойной матрицей Foveon.
• 2003 Начало выпуска Canon EOS 300D – первой доступной по цене широкому кругу фотографов зеркальной цифровой фотокамеры со сменными объективами. Благодаря этому факту, а также выпуску аналогичных камер другими производителями, произошло массовое вытеснение плёнки не только из среды непритязательных любителей и профессионалов, но и среди «продвинутых» любителей, до этого относившихся к цифровой фотографии довольно прохладно.
• 2003 Компаниями Olympus, Kodak и FujiFilm представлен стандарт 4:3, направленный на стандартизацию цифровых зеркальных камер и выпущена фотокамера Olympus Е-1 под этот стандарт.
• 2005 Начало выпуска Canon EOS 5D – первой доступной по цене (цена менее $3000) камеры с полнокадровым сенсором с разрешением 12.7 Мп

Вследствие совершившейся цифровой миниреволюции особенно выиграли японские компании, в отличие от осторожных «американцев». В частности, Sony и Canon сегодня считаются признанными лидерами рынка, а компания Kodak, являясь одним из ведущих разработчиков технологий для цифровой фотографии, рынок любительской цифровой фототехники практически потеряла. История эта не завершена, она активно продолжается в настоящее время.

Современные фотоаппараты все делают сами - чтобы получить снимок, пользователю достаточно лишь нажать на кнопку. Но ведь все равно интересно: по какому же волшебству картинка попадает в камеру? Мы постараемся объяснить основные принципы работы цифровых фотоаппаратов.

Ликбез: как работает цифровая камера

Основные части Борьба с искажениями

Основные части

В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию аналоговой. Главное их различие - в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение: в аналоговых фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Теперь разберем эти процессы подробнее.

Состоит камера из двух основных частей – корпуса и объектива. В корпусе находятся матрица, затвор (механический или электронный, а иногда и тот и другой сразу), процессор и органы управления. Объектив, съемный или встроенный, представляет собой группу линз, размещенных в пластиковом или металлическом корпусе.

Где получается картинка

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, приходится прибегать к разным хитростям. Ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!) в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Почему именно эти цвета? Потому что они – основные, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности.

На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи лишь своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Такое расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера

Основных типов матриц два, и они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа CCD (ПЗС) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому обработка файла может занять довольно много времени. Хотя такие сенсоры «задумчивы», они относительно дешевы, и к тому же, уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.

Матрица типа ПЗС

В матрицах типа CMOS (КМОП) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки.

КМОП-матрица

Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.

Трехслойная матрица

Выше уже был упомянут процессор камеры – он отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие из них нужно применить в данной ситуации. От процессора и программного обеспечения зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

По щелчку затвора

Затвор отмеряет время, в течение которого свет воздействует на сенсор (выдержку). В подавляющем большинстве случаев это время измеряется долями секунды – что называется, и моргнуть не успеешь. В цифровых зеркальных камерах, как и в пленочных, затвор представляет собой две непрозрачные шторки, закрывающих сенсор. Из-за этих шторок в цифровых зеркалках невозможно визирование по дисплею – ведь матрица закрыта и не может передавать изображение на дисплей.

В компактных камерах матрица не закрыта затвором, и поэтому можно компоновать кадр по дисплею

Когда кнопка спуска нажата, шторки приводятся в движение пружинам или электромагнитами, открывается доступ свету, и на сенсоре формируется изображение – так работает механический затвор. Но в цифровых камерах бывают еще и электронные затворы – они используются в компактных фотоаппаратах. Электронный затвор, в отличие от механического, нельзя пощупать руками, он, в общем-то, виртуален. Матрица компактных камер всегда открыта (именно потому и можно компоновать кадр, глядя на дисплей, а не в видоискатель), когда же нажимается кнопка спуска, кадр экспонируется в течение указанного времени выдержки, а затем записывается в память. Благодаря тому что у электронных затворов нет шторок, выдержки у них могут быть ультракороткими.

Наведем фокус

Как уже говорилось выше, часто для автофокусировки используется сама матрица. Вообще же, автофокусировка бывает двух типов – активная и пассивная.

Для активной автофокусировки камере нужны передатчик и приемник, работающие в инфракрасной области или с ультразвуком. Ультразвуковая система измеряет расстояние до объекта по методу эхолокации отраженного сигнала. Пассивная фокусировка осуществляется по методу оценки контраста. В некоторых профессиональных камерах сочетаются оба типа фокусировки.

В принципе, для фокусировки может использоваться вся площадь матрицы, и это позволяет производителям размещать на ней десятки фокусировочных зон, а также использовать «плавающую» точку фокуса, которую пользователь сам может разместить где ему угодно.

Борьба с искажениями

Именно объектив формирует на матрице изображение. Объектив состоит из нескольких линз – из трех и более. Одна линза не может создать совершенное изображение – по краям оно будет искажаться (это называется аберрациями). Грубо говоря, пучок света должен идти прямо на сенсор, не рассеиваясь по пути. В какой-то мере этому способствует диафрагма – круглая пластинка с дыркой посередине, состоящая из нескольких лепестков. Но сильно закрывать диафрагму нельзя – из-за этого уменьшается количество света, попадающее на сенсор (что и используется при определении нужной экспозиции). Если же собрать последовательно несколько линз с различными характеристиками, искажения, даваемые ими вместе, будут гораздо меньше, чем аберрации каждой из них по отдельности. Чем больше линз – тем меньше аберрации и тем меньше света попадает на сенсор. Ведь стекло, каким бы прозрачным оно нам ни казалось, не пропускает весь свет – какая-то часть рассеивается, что-то отражается. Чтобы линзы пропускали как можно больше света, на них наносят специальное просветляющее напыление. Если посмотреть на объектив камеры, будет видно, что поверхность линзы переливается радугой – это и есть просветляющее напыление.

Линзы располагаются внутри объектива примерно таким образом

Одна из характеристик объектива – светосила, значение максимально открытой диафрагмы. Она указывается на объективе, например, так: 28/2, где 28 – фокусное расстояние, а 2 – светосила. Для зум-объектива маркировка выглядит так: 14-45/3,5-5,8. Два значения светосилы указываются для зумов, поскольку в широкоугольном и в телеположении у них разные минимальные значения диафрагмы. То есть на разных фокусных расстояниях светосила будет разной.

Фокусное расстояние, которое указывают на всех объективах – это расстояние от передней линзы до светоприемника (в данном случае, матрицы). От фокусного расстояния зависит угол обзора объектива и его, так сказать, дальнобойность, то есть как далеко он «видит». Широкоугольные объективы отдаляют изображение относительно нашего обычного видения, а телеобъективы – приближают, и у них маленький угол обзора.

Угол обзора объектива зависит не только от его фокусного расстояния, но и от диагонали светоприемника. Для 35 мм пленочных камер нормальным (то есть примерно соответствующим углу обзора человеческого глаза) считается объектив с фокусным расстоянием 50 мм. Объективы с меньшим фокусным расстоянием – «широкоугольники», с большим – «телевики».

Левая часть нижней надписи на объективе – фокусное расстояние зума, правая часть - светосила

Здесь и кроется проблема, из-за которой рядом с фокусным расстоянием объектива цифровика часто указывают его эквивалент для 35 мм. Диагональ матрицы меньше диагонали 35 мм кадра, и поэтому приходится «переводить» цифры в более привычный эквивалент. Из-за этого же увеличения фокусного расстояния в зеркальных камерах с «пленочными» объективами становится почти невозможна широкоугольная съемка. Объектив с фокусным расстоянием 18 мм для пленочной камеры – суперширокоугольный, но для цифрового фотоаппарата его эквивалентное фокусное расстояние будет около 30 мм, а то и больше. Что касается телеобъективов, то увеличение их «дальнобойности» только на руку фотографам, ведь обычный объектив с фокусным расстоянием, скажем, 400 мм, стоит довольно дорого.

Видоискатель

В пленочных камерах компоновать кадр можно только пользуясь видоискателем. Цифровые же позволяют вовсе забыть о нем, поскольку в большинстве моделей для этого удобнее использовать дисплей. В некоторых очень компактных камерах видоискателя вовсе нет – просто из-за того, что нет для него места.

Самое важное в видоискателе – что через него можно увидеть. Например, зеркальные камеры так называются как раз из-за особенностей конструкции видоискателя. Изображение через объектив посредством системы зеркал передается в видоискатель, и таким образом фотограф видит реальную площадь кадра. Во время съемки, когда открывается затвор, загораживающее его зеркало поднимается и пропускает свет на чувствительный сенсор. Такие конструкции, конечно, отлично справляются со своими задачами, но занимают довольно много места и потому совершенно неприменимы в компактных камерах.

Вот так изображение через систему зеркал попадает в видоискатель зеркальной камеры

В компактных камерах применяют оптические видоискатели реального видения. Это, грубо говоря, сквозное отверстие в корпусе камеры. Такой видоискатель не занимает много места, но обзор его не соответствует тому, что «видит» объектив.

Еще есть псевдозеркальные камеры с электронными видоискателями. В таких видоискателях установлен маленьких дисплей, изображение на который передается непосредственно с матрицы – точно так же, как и на внешний дисплей.

Вспышка

Вспышка, импульсный источник света, используется, как известно, для подсветки там, где основного освещения недостаточно. Встроенные вспышки обычно не очень мощные, но их импульса хватает, чтобы осветить передний план. На полупрофессиональных и профессиональных камерах есть еще контакт для подключения гораздо более мощной внешней вспышки, он называется «горячий башмак».

Это, в общем, основные элементы и принципы работы цифровой камеры. Согласитесь, когда знаешь, как устройство работает, легче добиться качественного результата.