Цифровое приближение к реальности

Ориентированные на полупрофессиональных пользователей цифровые фотоаппараты обеспечивают все более высокое разрешение по доступным ценам

Поскольку цифровые камеры позволяют избавиться от затрат на покупку пленок и последующую обработку, а также сэкономить на сканировании, популярность таких аппаратов в фотостудиях постоянно растет. Конечно, профессиональные модели - с достаточным для высококачественных печатных работ разрешением, а также развитыми функциями управления экспонированием и фокусировкой - пока довольно дороги - как правило, цены на них колеблются в диапазоне от 5000 до 30 000 долл. Но тем, кто делает фотографии для каталогов или технических описаний продуктов, либо для размещения в Web, а также создания сцен виртуальной реальности, универсальные мегапиксельные камеры среднего класса позволят получить изображения вполне приемлемого качества.

Существует довольно много моделей стоимостью от 400 до 2500 долл., которые оцифровывают изображения при помощи сенсоров с разрешением от 1152х864 до 1344х1024 пиксела. Такое разрешение является адекватным для производства печатной продукции среднего качества и более чем приемлемо для размещения изображений в Web.

Спецификации и практика

Тем, кто мало знаком с фотографией, прежде чем понять, как сравнивать характеристики различных моделей, следует разобраться в принципах работы цифровых камер. Работающим с профессиональными пленочными аппаратами пользователям, которые пока могут себе позволить лишь полупрофессиональную цифровую камеру, будет полезно узнать, чем подобное устройство отличается от уже имеющегося у них традиционного оборудования.

Большинство характеристик, касающихся фокусировки, экспонирования, вспышки, производительности камеры и удобства работы с ней, обычно приводятся в технических описаниях производителей. Однако резкость изображения и качество цветопередачи, а также баланс цветов трудно выразить числовыми значениями; это же касается и способности камеры управлять уровнями экспонирования. Некоторые модели на бумаге выглядят отлично, но, принимая решение об их покупке, лучше оценить несколько снятых при их помощи изображений.

О размерах: сенсор и изображение

Полупрофессиональные цифровые камеры похожи на потребительские пленочные модели, за исключением того, что в первых пленку заменяет твердотельный светочувствительный кристалл (подробнее об этом см. в разделе "Полупрофессиональные мегапиксельные камеры против профессиональных моделей"). Объектив камеры фокусирует изображение на кристалл с матрицей ПЗС (приборы с зарядовой связью) - разделенную на клетки из крошечных светочувствительных элементов пластину - и каждый ее элемент заряжается пропорционально интенсивности попавшей на него части изображения. После того, как снимок сделан, камера конвертирует каждый заряд ПЗС в цифровое значение, выполняет расчет цвета RGB и выстраивает данные о цветном изображении из многочисленных строк пикселов.

Большинство производителей приводят в описаниях два параметра размеров матрицы ПЗС: диагональный массив матрицы - который обычно находится в интервале от 1/3 до 1/2 дюйма (от 8,5 до 12,7 мм) - количество элементов ПЗС в матрице, выраженное в миллионах пикселов или мегапикселах. Общее число сенсоров обычно превышает максимальное выходное разрешение, которое выражается значениями разрешения получаемого камерой изображения в пикселах по горизонтали и вертикали.

Например, компания Nikon приводит для модели Coolpix 900S разрешение в 1,3 миллиона (1280х960) пикселов. Однако, если умножить 1280 на 960, получится только 1,23 миллиона, а что случилось с остальными пикселами? По разным причинам в матрицах ПЗС нет такого числа пикселов, которые приводятся в технических описаниях в графе "Общее количество элементов ПЗС", однако изготовители считают, что более крупные цифры лучше смотрятся в рекламных проспектах. Поэтому размеры сенсоров можно игнорировать и сосредоточиться лишь на размерах выходных изображений, поскольку именно эта характеристика оказывает решающее влияние на качество изображения.

Несколько производителей, среди которых Agfa, Epson и Polaroid, для повышения выходного разрешения применяют технологии улучшения изображений. К чести компании Agfa, в техническом описании к ее модели ePhoto 1680 четко заявлено, что выходное изображение размером 1600х1200 пикселов генерируется из данных от матрицы ПЗС с 1384х972 элемента при помощи алгоритмической технологии PhotoGenie, хотя пользователь может задавать выходное разрешение 1280х960 - тогда изображение не подвергается дополнительной программной интерполяции. В Polaroid PDC-3000 для его матрицы с одним миллионом элементов ПЗС также применяется технология расширения выходного изображения до 1600х1200 пикселов, хотя при отключенной функции расширения можно получить только 800х600 пикселов.

Все описываемые в обзоре модели захватывают 24-разрядные цветные файлы RGB. Есть одно исключение - камера Agfa ePhoto 1680 захватывает 30-разрядный цвет. По мнению разработчиков, эта особенность обеспечивает расширение цветового диапазона выходных 24-разрядных изображений ePhoto.

Через видоискатель

Большинство камер в классе мегапиксельных снабжаются оптическим видоискателем и ЖК-панелью, на которой показывается, какое изображение будет захвачено при текущих автоматических или ручных настройках. Хотя они могут работать в качестве видоискателя, ЖК-панели потребляют энергию батарей, а при ярком дневном свете изображение на них видно плохо. (В Olympus D-600L для экономии заряда батарей показываются только ранее захваченные изображения, а не то, которое снимается в данный момент.) Зеркальные оптические видоискатели превосходят видоискатели с раздельной оптикой, поскольку в них объекты съемки отображаются через объектив, с помощью которого будет вестись съемка.

Поскольку на ЖК-панелях отражаются изображения, сохраненные в камере, более предпочтительными считаются большие ЖК-панели (их размеры измеряются по диагонали). Во многих камерах сохраненные изображения отображаются в виде групп уменьшенных набросков. Например, на 1,8-дюймовой (4,6 см) ЖК-панели Olympus D400 Zoom умещается до 16 набросков. Для экономии времени работы батарей без перезаряда предусмотрена функция отключения ЖК-панели при съемке. В Epson PhotoPC 750Z разработчики пошли еще дальше, снабдив камеру солнечной батареей, которая генерирует энергию для ЖК-панели при солнечном свете или ярком флуоресцентном освещении.

О пользе фокуса

Резкость изображения зависит главным образом от оптической фокусировки: объектив камеры должен проецировать на пленку или матрицу ПЗС резкое изображение. В дешевых моделях применяется фиксированная фокусировка, при которой резкие изображения получаются только в пределах ограниченных дистанций. В более совершенных автоматах имеется функция автофокуса, которая обеспечивает настройку резкости для объекта, находящегося в центре видоискателя. Во многих моделях реализованы также различные (по сложности и точности) методы ручной фокусировки. В камерах Fuji DS-330 стоимостью 1999 долл. и Sony DSC-D700 за 1899 долл., подобно традиционным однолинзовым зеркальным фотоаппаратам, обеспечивается полный контроль над фокусировкой. В некоторых менее дорогих моделях возможны предварительная ручная фокусировка или другие функции, отменяющие автоматическую настройку резкости; обычно это выбор близкого, средне-удаленного и далекого объекта съемки.

Чтобы гарантировать, что пленки или матрицы ПЗС получают необходимое количество света, следует правильно выбрать экспозицию. Количество света во многом зависит от величины диафрагмы - размера отверстия, через которое свет попадает на матрицу ПЗС - и времени выдержки - длительности интервала, за который свет проходит через объектив внутрь камеры. В каждой из рассматриваемых в обзоре камер реализована функция автоэкспозиции, которая обеспечивает измерение освещенности объекта съемки, после чего задает правильную экспозицию автоматически.

Тем не менее, камеры отличаются друг от друга тем, как они измеряют освещенность объекта съемки. Большинство аппаратов измеряют свет через отдельное отверстие на корпусе камеры, хотя несколько моделей делают это примерно так же, как традиционные однолинзовые зеркальные фотоаппараты - через объектив. В большинстве моделей реализован центро-взвешенный подход, когда измеряется освещение сцены или средняя освещенность, сбалансированная по отношению к центру видоискателя.

Единственная попавшая в обзор модель, в которой для определения комплексного цветового контраста сцены применяется матричная система измерения - это Nikon Coolpix 900S. В ней для оценки распределения света используется матрица из 64 зон. После расчета расстояния до объекта, фокусного расстояния, ориентации камеры, цветовой температуры и других факторов, матричная система измерения задает уровни экспонирования на основе более широкого диапазона параметров освещения, чем простой замер общей освещенности.

Тем не менее, система автоэкспонирования не всегда может обеспечивать точное задание параметров экспонирования, поэтому во многих моделях есть функция ручной настройки, обычно в форме пошаговой компенсации. Если в результате работы системы автоэкспонирования изображение выглядит слишком светлым или слишком темным, это можно компенсировать, увеличивая или понижая экспонирование (добавляя или уменьшая) на один или более шагов; каждый шаг эквивалентен стандартной фотографической единице экспонирования (exposure value, EV). Например, DC220 компании Kodak Zoom позволяет изменять экспонирование на две EV с приращением в полшага, а в Olympus D-600 компенсация возможна в пределах плюс-минус трех шагов, но с приращением в один шаг.

Автоматическая настройка баланса белого призвана компенсировать искажения цветов, вызванные освещением сцены разными источниками, такими как солнечный свет, лампа накаливания или флуоресцентный свет. В пленочных камерах настройка на цветовую температуру выполняется за счет выбора пленки, сбалансированной под определенный источник света, либо при помощи компенсирующих фильтров, закрывающих объектив. В цифровых полупрофессиональных аппаратах аналогичная настройка делается автоматически или вручную пользователем.

Цветовая чувствительность ПЗС цифровых камер обычно представляется как эквивалент ISO - рейтинг чувствительности определенной пленки. Чем выше значение, тем быстрее пленка или сенсор ПЗС реагирует на воздействие света. Следовательно для более "быстрого" ПЗС время выдержки может быть короче, а освещение - слабее. Для камер полупрофессионального класса типичным значением является ISO 100, число, по меркам пленочных аппаратов, довольно небольшое. В моделях с изменяемой чувствительностью, например, Epson PhotoPC 750Z, при недостаточном освещении сигнал сенсора усиливается, но это может приводить к нежелательному усилению электронного шума, генерируемого сенсором - случайной, не имеющей отношения к самому изображению, энергии.

Не следует тратить много времени на сравнение рейтингов ISO различных аппаратов - пока не существует стандартов в определении эквивалентных значений для сенсоров ПЗС. По этой причине компания Casio не приводит эквивалент ISO для своей камеры QV-7000SX. Для камер с переменным рейтингом более высокие значения обычно применимы для съемок со вспышкой.

Учитывая относительно низкую чувствительность матриц ПЗС полупрофессиональных моделей, для большинства съемок как в помещениях, так и на улице, требуется вспышка. Все рассматриваемые камеры снабжены встроенной вспышкой, хотя режимы ее работы отличаются. У некоторых моделей радиус действия больше, то есть вспышка может освещать более отдаленные объекты. У Olympus D-620L радиус действия вспышки расширен до 4,8 метра, что почти вдвое превышает обычное 2,5-метровое ограничение. Функция уменьшения эффекта "красного глаза" достигается отдельной вспышкой, которая срабатывает до начала съемки. Это приводит к сокращению зрачка у объектов съемки, что значительно уменьшает раздражающее отражение красного цвета от внутренней поверхности глаза. Внешние синхронизированные контакты для подключения и управления внешними дополнительными вспышками есть только у нескольких моделей - ePhoto 1680 компании Agfa, DC220 Zoom компании Kodak, PhotoPC 700 компании Epson, Dimage EX Zoom 1500 компании Minolta, Coolpix 900S компании Nikon, D-620L компании Olympus и PDC-3000 компании Polaroid.

Объективы

Хотя большинство полупрофессиональных камер снабжены встроенными объективами, которые нельзя заменить, для нескольких аппаратов - Fuji DS-330, Kodak DC200, Minolta Dimage EX Zoom 1500, Nikon Coolpix 900S, Olympus D-620L и Polaroid PDC-3000 - предлагаются сменные объективы, которые обеспечивают гораздо большую гибкость при съемках. Фокусное расстояние говорит об угле зрения объектива. У 35-миллиметровых аппаратов фокусное расстояние широкоугольного объектива составляет 35 мм или менее, обычного объектива - около 50 мм, а телефото - 90 мм и более. Но, поскольку в полупрофессиональных цифровых камерах применяются объективы меньшего размера, обычно около 7 мм, производители, чтобы помочь покупателям определить типы объективов - широкоугольные, телефото или обычные - пересчитывают их в 35-миллиметровый эквивалент.

У большинства рассматриваемых моделей есть режим макросъемки, при котором оптика настраивается для фокусировки на близко расположенные объекты. Однако следует иметь в виду, что описания этого режима у разных производителей не стандартизованы. Чтобы понять, насколько близко камера может с хорошей резкостью снимать объекты, нужно проверить диапазон фокусных расстояний. У многих моделей имеется также функция увеличения (zoom). Оптическое увеличение изменяет фокусное расстояние для достижения эффекта телефото, при котором объекты съемки увеличиваются; обычно в два или три раза от нормальных размеров (2Х или 3X).

В то время, как оптическое увеличение действительно изменяет изображение, сфокусированное на матрице сенсоров, менее качественное цифровое увеличение просто увеличивает сцену, математически рассчитывая и добавляя пикселы к уже захваченным ПЗС. Это напоминает кадрирование изображения и его последующее преобразование с увеличением в растровом редакторе. У большинства моделей цифровое увеличение работает только при съемке с разрешением 640х480 пикселов. (Не нужно поддаваться на рекламные уловки, возвещающие о шестикратном наезде: вероятно, это сочетание трехкратного оптического и двукратного цифрового наезда.) Совокупность возможностей по макро- и обычной съемке, а также функций наезда определяет диапазон фокусных расстояний камеры, или расстояний, на которых камера обеспечивает фокусировку на объекты съемки.

Фото на память

Что происходит с миллионом и более пикселов после того, как снимок сделан? Вначале они временно передаются в высокопроизводительный буфер оперативной памяти, а постоянно сохраняются в энергонезависимой флэш-памяти, таком типе сменных носителей, содержимое которого не стирается при выключении камеры.

Несъемная встроенная энергонезависимая память есть только у Dimage EX Zoom 1500 компании Minolta и у моделей Epson. Но для удобства эти и другие аппараты снабжаются также одним из двух вариантов флэш-памяти, ComapctFlash и SmartMedia. А вот в Fuji DS-330 и Sony DSC-D700, напротив, применяются модули PC Card (ранее PCMCIA) ATA Type II, которые более типичны для профессиональных полевых камер и обычно используются в лэптопах и ноутбуках. Модель DCS-D700 компании Sony работает как с PC Card, так и с Sony Memory Stick.

Модули CompactFlash больше и дороже, чем SmartMedia, но отличаются более высокой емкостью (к моменту сдачи материала в печать до 64 Мбайт). Кроме того, поскольку модули CompactFlash включают в себя управляющую электронику, существующие камеры и считыватели карт сохраняют совместимость с более новыми модулями повышенной емкости, а во многих из них в дополнение к флэш-памяти применяется технология мини-жесткого диска.

Модули SmartMedia дешевле, так как в них нет контроллеров. Поскольку управляющая электроника находится в корпусе камеры или считывателя карт, при появлении новых версий модулей придется также модернизировать устройства считывания. Как показано в таблице на развороте, многие современные камеры уже не могут работать с 16-мегабайтными или более новыми 32-мегабайтными модулями SmartMedia, а другие аппараты считывают только 3,3-вольтовые модули, и не могут читать 5-вольтовые.

Чтобы узнать, как много изображений может быть сохранено на поддерживаемом камерой носителе, следует заглянуть в техническое описание модели. Это значение сильно различается у разных производителей и моделей, и к тому же зависит от разрешения изображений и применяемых функций сжатия.

Компания Olympus и другие производители предлагают адаптер для флоппи-дисководов FlashPath SmartMedia стоимостью 99 долл., который позволяет переносить содержимое модуля SmartMedia на компьютер. Достаточно вставить модуль SmartMedia (емкостью до 8 Мбайт) в FlashPath, а затем поместить адаптер в форме 3,5-дюймовой дискеты в дисковод.

Ожидание: от снимка до снимка

Кристалл ПЗС цифровой камеры находится "в работе" каждый раз, когда делается снимок. Это значит, что перед следующим снимком камера должна передать данные о текущем изображении в съемную память. Время подготовки к следующему снимку для файлов максимального разрешения может составлять несколько секунд, не считая времени для обновления флэш-памяти. В самой производительной из рассматриваемых в обзоре моделей, Olympus D-620L, для уменьшения времени подготовки к следующему снимку применяется два процессора и специальная буферная память.

Камеры также отличаются друг от друга поддержкой различных форматов файлов - от разновидностей JPEG-форматов, подобных JFIF (JPEG File Interchange Format - формат обмена файлами JPEG) и EXIF (Exchangeable Image File - файл обмена изображениями), до несжатого TIFF, FlashPix и некоторых специализированных форматов.

JFIF читается большинством приложений для обработки растровой графики, в то время как EXIF представляет собой формат файлов изображений для цифровых камер, поддерживаемый ISO и 11 производителями камер, а также компанией Microsoft. Приложения, которые могут читать JFIF, в состоянии распознавать и EXIF. В дополнение к JPEG и другим типам данных, в формате EXIF могут сохраняться настройки аппарата, глобальные данные позиционирования и другая информация.

В настоящее время единственным производителем, использующим FlashPix, является компания Kodak, в то время как Polaroid применяет собственный специализированный формат файлов Polaroid Digital Negative, для которого возможен выбор сохранения данных без сжатия, а также со сжатием - без потерь и с потерями.

В компьютер: по проводам и без них

В дополнение к способу на основе адаптера к картам SmartMedia для обычного дисковода, некоторые модели допускают выгрузку сохраненных в камере изображений на Macintosh или PC через стандартный разъем PC Card. Однако чаще всего используется метод выгрузки через последовательный порт при помощи программных средств камеры.

Casio QV-7000SX и Kodak DC220 снабжены интерфейсами для универсальной последовательной шины (Universal Serial Bus, USB). В этих двух моделях, а также в Minolta Dimage EX Zoom 1500 и Kodak DC210 Plus Zoom имеются также инфракрасные порты. "Похвастаться" встроенным интерфейсом SCSI может лишь Polaroid PDC-3000 (в качестве опции предлагается для модели Fuji DS-330). В большинстве аппаратов есть видеовыход, через который камеру можно подключить непосредственно к телевизору или другому видеоустройству, работающему в формате NTSC (либо, что нередко, PAL). У большинства моделей имеется крепление для установки камеры на треногу или другой тип подставки, что особенно важно для тех, кто планирует снимать панорамные снимки и "сшивать" их в сцены виртуальной реальности, а также снимать с длительной выдержкой.

Какую бы модель ни выбрал пользователь камеры, он всегда будет иметь необходимое количество изображений для экранного просмотра, размещений в Web и выпуска печатной продукции среднего качества. И, кто знает, быть может мегапиксельная полупрофессиональная камера станет для ее владельца ступенькой для следующего этапа - в мир профи.

Внештатный редактор Боб Уэйбел пишет для журнала Publish обзоры по аппаратному обеспечению.

Полупрофессиональные мегапиксельные камеры против профессиональных моделей

Что же все-таки означает термин "мегапиксельные"? Первые недорогие потребительские цифровые камеры обычно захватывали 640х480 пикселов или всего 307 200 пикселов. Мегапиксельные камеры, в общем-то, представляют собой версии этих моделей с более высокими разрешениями. Некоторые производители относят к мегапиксельным моделям и те, реальное разрешение которых составляет менее 1 миллиона пикселов (обычно 1024х768), поскольку встроенные алгоритмы интерполяции повышают их выходное разрешение и оно "переваливает" за желанный миллион. Однако в данный обзор были включены только те камеры, которые реально захватывают от 1 до 1,5 миллионов пикселов.

Термин "полупрофессиональные" (prosumer) для описания этих камер был выбран потому, что они занимают промежуточное положение между недорогими потребительскими (consumer) цифровыми камерами и профессиональными (professional) полевыми моделями. В отличие от студийных, полупрофессиональные и профессиональные полевые модели обычно не привязаны к компьютерам при помощи кабелей для обмена данными. Но на этом сходство полупрофессиональных и профессиональных моделей заканчивается.

Дело в том, что разрешение - это только часть общей картины. Например, профессиональная полевая модель Fuji DS-505A (теперь DS-560) стоимостью 6995 долл. обладает выходным разрешением 1280Ё1000 пикселов, в то время как некоторые полупрофессиональные камеры с почти аналогичным разрешением стоят в десять раз меньше. Так в чем же разница?

Дорогие профессиональные модели встраиваются в корпуса 35-миллиметровых (или более) профессиональных камер, для которых подходят все или большинство сменных объективов, фильтров или другое дополнительное оборудование для пленочных аппаратов. Полупрофессиональные модели основаны на корпусах потребительских камер, большинство из которых включают встроенные объективы, а выбор сменных объективов для них мал или его вообще нет.

Профессиональные модели, наряду со встроенными автоматическими функциями фокусировки и экспонирования, обладают полным ручным управлением фокусом, диафрагмой и выдержкой. Почти ни у одной полупрофессиональной модели нет полного ручного управления фокусом и экспонированием - регулировка автоматических функций возможна лишь в ограниченных пределах.

Профессиональные модели захватывают реальные данные о красном, зеленом и синем цветах каждого пиксела, часто при помощи трех отдельных матриц ПЗС, каждая из которых предназначена для оцифровки величин, соответственно, красного, зеленого и синего цветов изображения. В полупрофессиональных моделях обычно применяется только однокристальная матрица ПЗС, которая захватывает только одно значение красного, зеленого или голубого цветов для каждого пиксела. После этого камера рассчитывает недостающие значения цветов на основании цветов соседних пикселов. Хотя такой подход довольно эффективен, при захвате матрицей ПЗС повторяющихся цветовых узоров могут возникать искажения цветов.

Профессиональные цифровые камеры, подобно традиционным однолинзовым зеркальным аппаратам, во время съемки позволяют рассматривать объект непосредственно через объектив, но в полупрофессиональных моделях такая возможность бывает реализована далеко не всегда. В большинстве из них, следуя принятому в потребительских пленочных камерах принципу, для просмотра объекта съемки применяется отдельный комплект оптики.