ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ "ЦИФРА"

Время, когда профессиональным цифровым камерам многое прощалось, уходит. Сегодня они должны обладать вполне определённым набором свойств.

Pentax *ist D	Kodak DCS Pro SLR/c
Canon EOS 1D Mark I	Fujifilm FinePix S3 Pro
Nikon D70	Olympus Camedia C-8080 Wide Zoom

Konica-Minolta Dimage A2

За долгую историю плёночной техники оформилось чёткое понимание термина «профессиональная фотокамера». Долговечный корпус, высококачественная сменная оптика, зеркальный видоискатель, надёжный затвор, позволяющий снимать несколько плёнок в день, согласованность работы с внешней вспышкой — вот основные составляющие «профи». Для каких целей использовался аппарат и сколько денег зарабатывал фотограф, не обсуждалось. С появлением цифровых камер ситуация изменилась. Их изначально высокая стоимость приводила к тому, что фотографы просто закрывали глаза на несовершенство технических характеристик, довольствуясь внушительным списком преимуществ цифрового изображения. В разряд «профессиональных» попали аппараты, с которыми фотограф мог быстро (и относительно качественно) выполнить заказ по каталожной или репродукционной съёмке, минимизируя накладные расходы. Удобства «цифры» были настолько очевидны, что многие полиграфические издания перешли на работу с ней раньше, чем того требовало их качество. Это на время дискредитировало цифровую идеологию. Но создание компактных матриц высокого разрешения, быстрых процессоров обработки изображения и качественных программ интерполяции привело к появлению действительно профессиональных цифровых камер.

Матрица и разрешение

Nikon D2H — отличная камера для фоторепортёров

Известно, что 5 мегапикселей дают при печати с разрешением 300 dpi качественный отпечаток размера 16х22 см, 6 — 17х26 см, 13,5 — 26х40 см. Качественные интерполяционные программы повышают эффективный размер отпечатка на 20-30%. Так как большинство полиграфических изданий работает с форматом А4, можно сказать, что проблема разрешения для большинства журнальных фотографов решена. После установки на камеры 12-14-мегапиксельных матриц профессиональное использование 35-мм слайдовой плёнки практически полностью прекратилось. Действительно, на обычном 35-мм слайде содержится 15–18 млн точек изображения, четверть из которых может «умереть» при сканировании. Печатающим на формат А3 (и больше) приходится выбирать: либо среднеформатный плёночный аппарат, либо дорогостоящий цифровой задник для среднеформатной камеры с матрицей 15-30 млн пикселей. Цифровики сверхвысокого разрешения, помимо цены, имеют ещё один недостаток: при таком количестве пикселей на запись изображения уходит много времени, что недопустимо при оперативной съёмке. До сих пор на рынке встречаются идеально подходящие газетным фоторепортёрам профессиональные камеры с разрешением всего 3-4 млн пикселей, их основное достоинство — большая скорость записи в буфер объёмных JPEG-серий.

Приобретая цифровую камеру, профессионал никогда не будет ориентироваться только на количество пикселей. Важны размеры самой матрицы. Одно дело, когда пиксели размещены на матрице 2/3 дюйма, совсем другое — 1,5. Меньший размер пикселя снижает динамический диапазон, следовательно, растёт «шум» изображения (особенно при плохой освещённости или граничных значениях выдержки). Практика показывает, что реализация 5 мегапикселей на матрицах с диагональю менее дюйма приводит к почти постоянному «шуму» при всех значениях чувствительности. Оптимально размещение 5-6 мегапикселей на матрицах в 1,2-1,5 дюйма.

Матрицы профессиональных камер представлены сегодня тремя типами: ПЗС (прибор с зарядовой связью), КМОП (комплементарный метал-окисел-полупроводник) и Super CCD (разновидность ПЗС с восьмиугольной формой ячеек). Вопрос о том, какой тип предпочтительнее для профессионала (ПЗС или КМОП), уже не актуален. Современные технологии (прежде всего, качественные программы интерполяции и редукции «шума») побороли основной недостаток последних — меньшую чувствительность к свету — и, как следствие, высокий уровень тепловых шумов. Правда, себестоимость КМОП-матриц заметно возросла.

Canon PowerShot Pro 1 — компактная профессиональная камера

Благодаря разработкам компании Foveon, удалось создать матрицу, в которой не используются нанесённые на поверхность ячеек красные, зелёные и голубые светофильтры. Цветоотделение происходит методом дифференциации зарядов, сформировавшихся на разной глубине полупроводника. Это позволило не проводить плоскостную RGB-интерполяцию для вычисления цвета каждого пикселя — соответствующая информация уже содержится на каждой пиксель-площади. В результате существенно возросла разрешающая способность при аналогичных размерах самой матрицы. Многие фотографы полагают, что у матриц Foveon высокий уровень «шума» из-за дополнительного усиления сигнала, ослабленного взаимодействием с верхними слоями полупроводника. Теоретический ответ дать трудно — фирма не раскрывает структуру физико-математической модели многослойных матриц. Лучше всего протестировать конкретную камеру в различных экспозиционных режимах и визуально оценить уровень «шума».

Глубина цвета, динамический диапазон и контраст

Суммарная глубина цвета большинства профессиональных моделей — 30–36 разрядов. Это означает, что на каждую цветовую составляющую (красную, зелёную и голубую) приходится, как минимум, по 10 разрядов, или 1024 градаций яркости. Наш глаз с трудом различает даже 128 градаций, и 8 разрядов на канал вполне достаточно для качественной цветопередачи. Но большая глубина цвета актуальна при работе с «сырым» форматом RAW — при обработке изображения на компьютере всегда требуется максимальная информация об амплитуде яркости.

Способность светочувствительных ячеек матрицы воспроизводить детали объекта в определённом диапазоне ступеней экспозиции описывает термин динамический диапазон. Это разность между оптической плотностью самых тёмных и светлых тонов изображения, различимых матрицей. Несмотря на то, что динамический диапазон — характеристика матрицы, а глубина цвета — цифрового процессора, они взаимосвязаны. Чем шире первый, тем больше градаций яркости матрица распознаёт и больше деталей фиксирует. Это важно, когда необходимо точно передать оттенки в пограничных областях, особенно в тёмной, где распознавание деталей затруднено из-за недостатка световой энергии. Динамический диапазон является своего рода удельным контрастом в заданном диапазоне яркостей.

Считается, что фотографическая широта ч/б негативной плёнки 7 ступеней экспозиции, цветной негативной — 6, слайдовой — всего 5. Многие производители цифровой фототехники декларируют уникальную способность ПЗС-матриц различать 10 и даже 11 (!) ступеней. Действительно, матрица имеет некоторое преимущество перед плёнкой благодаря обработке электрического сигнала, поступающего с матрицы (в частности, его усиления). Светочувствительный элемент различает полутона в широком диапазоне ступеней диафрагмы, но о пропорциональной передаче градаций яркости говорить не приходится. Ведь любая матрица с физической точки зрения более нелинейный объект, чем плёнка. Требуется немало усилий, чтобы «вытащить» из «цифры» всю информацию, не допуская роста тепловых шумов. Это реально лишь на стадии компьютерной обработки RAW-изображения — процессоры камер пока не справляются с такой задачей.

Компания Fuji в новом поколении матриц Super CCD использует два типа ячеек — высокочувствительные (s-тип) и низкочувствительные (r-тип). Окончательное распределение яркостей даёт аппаратное смешивание двух типов сигналов, а последующая программная обработка значительно улучшает отношение сигнал/шум при съёмках в условиях сложного освещения.

Оптика

Одна из причин, по которой компактные цифровики не считаются профессиональными, — встроенная, несменная оптика. Даже сверхуниверсальные 8-10х зумы не спасают — если и удаётся обеспечить комфортную работу в широкоугольной зоне, то при телеположении обязательно возникают ограничения в светосиле. Другая проблема — разрешение. Сейчас встроенная оптика компактных цифровиков с матрицами 1/2–2/3 дюйма адекватна разрешению в 3–4 мегапикселя. Размещение 5-ти и более мегапикселей на таких матрицах требует постановки на камеру объективов очень высокой разрешающей способности. Это заметно увеличивает стоимость. С другой стороны, маленькие матрицы позволяют создавать сверхкомпактные 5-7х зум-объективы, а 3х зумы полностью прятать в корпус камеры. По-прежнему проблематично реализовать в компактных зум-объективах диафрагмы малых размеров — её максимальное значение равно 8, редко 11. Поэтому качественная макросъёмка компактными цифровиками невозможна.

Большинство профессиональных моделей предполагает подключение сменной «плёночной» оптики — при переходе на цифровую камеру того же производителя фотограф полностью наследует комплект дорогостоящей оптики *. Однако 90% таких цифровиков имеют хоть и более крупные ПЗС-матрицы (1–1,5 дюйма), но всё же меньшие, чем размер 35-мм кадра. Но фокусные расстояния сменных объективов рассчитаны на 35-мм формат, а это приводит к «апертурному кэшированию» — широкоугольный объектив выглядит не таким уж широкоугольным. Пространственные соотношения предметов те же, а угол зрения заметно сужается. Есть и положительный момент — «работает» центральная часть объектива, обладающая лучшими оптическими показателями (меньше аберрации).

Так как плёнка в среднем тоньше светочувствительного слоя матрицы, в цифровых камерах ощутимее эффект наложения световых волн, падающих на пиксель под большими углами к оптической оси объектива. Эта разновидность хроматической аберрации приводит к появлению нежелательной цветной окраски по краям кадра. Многие производители уменьшают эффект на стадии обработки сигнала цифровым процессором.

Баланс белого

Любой фотограф знает о бесспорном достоинстве «цифры» — регулировке цветового баланса. Обычная фотоплёнка сбалансирована лишь для двух типов освещения — дневного (цветовая температура 5300–5500 К) и искусственного (3200–3700 К). В плёночных аппаратах коррекция цветовой температуры на стадии съёмки невозможна, а при компьютерной обработке приводит к потере информации о яркостях. В цифровых камерах фотограф управляет чувствительностью ячеек ПЗС-матрицы, восприимчивых к одному из трёх цветов — красному (red), зелёному (green) и синему (blue). В зависимости от условий съёмки фотопроцессор корректирует вклад каждой спектральной составляющей в общий световой поток. В цифровых камерах значение цветовой температуры получается из соотношения красного и синего сигналов, формируемых на выходе матрицы («матричный» способ). Обязательны автоматический режим управления балансом белого, предустановки («солнечно», «пасмурно», «лампы накаливания» и пр.) и ручной. Последний реализован, как правило, в двух вариантах — «по белому листу» и «собственно ручной»: фотограф или наводит датчик камеры на объект, о котором известно, что он в действительности белый, а фотосистема сама устанавливает цветовой баланс, или непосредственно указывает значение цветовой температуры (в градусах Кельвина). Последний метод точен, но требует колориметра — прибора для определения цветовой температуры.

Если изображение сохранено в формате RAW, то правильный цветовой баланс можно установить на стадии обработки изображения на компьютере. При этом вся исходная информации о цвете будет востребована, а искажения — минимальны. Сегодня все профессиональные цифровики сохраняют изображения в RAW-формате (см. раздел «Форматы»).

Форматы

Olympus E1 — первая цифровая камера формата «три четверти»

С профессиональной «цифрой» связаны три типа графических формата хранения изображения — JPEG (Joint Photographic Expert Group), TIFF (Tag Image File Format) и RAW («сырой»).

JPEG эффективно «сжимает» изображение, экономя место при записи и хранении. Программный алгоритм предусматривает несколько степеней сжатия. При максимальной объём файла составляет 15-20% от начального (использующего все исходные пиксели). Но как бы ни был совершенен алгоритм, сжатие снижает качество, а обработка средствами Photoshop снова его ухудшает. Но формат по-прежнему популярен там, где требования к качеству относительно невысоки (у газетных фоторепортёров).

TIFF считается профессиональным стандартом, и его предпочитают все, кто трепетно относится к качеству полиграфического продукта. Файлы не подвергаются компрессии, но занимают слишком много места — на карточку памяти 32 Мбайт поместится всего один снимок 8-мегапиксельной камеры. Приобретение карты большой ёмкости частично решает проблему, но не стоит забывать, что на обработку и запись в память 8-мегапиксельного TIFF-изображения уходит 20-30 с.

RAW объединяет достоинства описанных форматов. Файлы проходят минимальную обработку и представляют собой последовательность битов данных, полученных с аналого-цифрового преобразователя (АЦП) матрицы. Отсутствие обработки значительно разгружает процессор камеры, а меньший размер файла позволяет записать на карту памяти больше снимков. В отличие от JPEG и TIFF, нет ограничения глубины цвета, а баланс белого можно установить уже после съёмки при редактировании изображения на компьютере. По объёму RAW-файл занимает промежуточное положение между TIFF и JPEG (с минимальной степенью сжатия), а на его запись в максимальном разрешении нужно не более 5 с. «Сырые» файлы в TIFF-формат преобразовываются только на компьютере с помощью фирменного ПО (эксклюзивного для каждого производителя). Конвертация занимает от 30 с до 3 мин, в зависимости от команд-меток, определённых фотографом перед съёмкой или на стадии создания RAW-изображения (изменение баланса белого, повышение резкости, фильтрация и пр.). Объём TIFF-файла приблизительно в 2,5 раза больше RAW-прообраза.

Сегодня «сырой» лидирует у профессионалов (в меню некоторых камер TIFF просто отсутствует). Несмотря на то, что фирмы не ведут речь о разработке единого RAW-стандарта, на рынке уже появились унифицированные программы обработки фирменных RAW-файлов.

Карты памяти и интерфейс

Популярные стандарты — CompactFlash Type II (CF II), Secure Digital (SD) и MultiMedia (MMC). Причина в универсальности — 90% цифровых устройств (электронные записные книжки, карманные компьютеры, MP3-плейеры) активно их поддерживают. А одна карта для разных устройств сокращает расходы и позволяет обойтись без лишних адаптеров и соединительных кабелей. Стандарт Memory Stick (MS) — эксклюзивен для фотокамер Sony, xD Picture (xD) — для аппаратов Fuji и Olympus (заменил устаревший SmartMedia). Максимальный объём карт памяти достиг нескольких гигабайт и позволяет вести автономную съёмку длительное время. Версии одного стандарта обладают разной скоростью обмена данными и маркируются соответствующим образом (например, Memory Stick и Memory Stick Pro).

Некоторые цифровики раздельно работают с двумя типами карт памяти, один — почти всегда CF Type II. Можно сохранять изображение в форматах RAW и JPEG на разных картах, переписывать информацию с одной на другую или, используя скоростные интерфейсы FireWare IEEE 1394 или USB 2.0, сразу сохранять изображения на компьютер. Эти интерфейсы поддерживают и стандарты прямой печати.

Импульсное освещение

Каким бы разрешением ни обладала камера, к ней должна подключаться внешняя вспышка. Накамерная или ИК-поджигатель студийных вспышек крепятся через «горячий башмак» (hot-shoe) — его гнездо находится на самой камере. В месте крепления обычно располагаются несколько контактов. Главный (центральный) — синхроконтакт для включения («поджига») импульсного осветителя. Через остальные идёт управление. Развитые камеры управляют вспышками, используя классические системы экспозамера TTL (Thru The Lens), наиболее совершенные — DTTL (Digital Thru The Lens). Некоторые модели вместо «горячего башмака» имеют специальное гнездо для проводного подключения.

Плюсов у внешних вспышек много: заметно большая мощность (значения ведущего числа 20–70); регулировка угла излучения и генерального направления импульса (удобно для использования рассеянного или отражённого света); меньшая выраженность эффекта «красных глаз»; выбор (не подошла одна фотовспышка — меняем на другую); дополнительное питание от аккумуляторной батареи или от сети через соответствующий адаптер; задействование нескольких вспышек. Минусы — цена 300–500 долл. и размеры, сопоставимые с самой камерой. Если вспышка хорошо работала с плёночным аппаратом, то по мощности удовлетворит и цифровик — ПЗС-матрица, в среднем, более чувствительна, чем плёнка. Единственная проблема — согласованность работы экспопрограмм. При покупке цифровой камеры поинтересуйтесь, какую конкретно модель производитель рекомендует в качестве внешней вспышки.

Помимо гнезда для подключения внешней вспышки, некоторые профессиональные (точнее, полупрофессиональные) модели имеют встроенные управляемые вспышки с ведущим числом 10–30. Их мощности достаточно для простых портретных («домашних») съёмок в помещении — максимальная дальность действия не превышает 3,5–4 м. Если это не смущает, позаботьтесь о комплекте дополнительных аккумуляторов — импульсный свет даже малой мощности требует много энергии.

Эргономика

Производители стараются сохранить вид и функциональность основных органов управления, т. к. за прошедший век была выработана оптимальная структура управления съёмкой, которая не должна зависеть от типа камеры.

У большинства камер рассматриваемой группы есть зеркальный видоискатель. Он идеально согласуется со сменными объективами и даёт изображение без параллакса. Некоторые полупрофессиональные модели имеют электронный видоискатель — маленький ЖК-дисплей, видимый в окуляре фотокамеры. С его помощью удобно управлять контрастом и цветовой насыщенностью, выбирать экспозицию и сюжетные программы. Но по точности фокусировки, особенно при сложном освещении, он уступает зеркальному.

Все цифровые камеры имеют ЖК-монитор для предварительного просмотра отснятого изображения. Он часто служит первой инстанцией, бракующей изображение, поэтому должен обладать достаточно высоким разрешением (не менее 180-220 тыс. пикселей) и диагональю от 2 дюймов. Из-за наличия у «профи» классического механического затвора ЖК-монитор нельзя использовать в качестве видоискателя. Когда затвор закрыт, свет, прошедший через объектив, не попадает на матрицу — электроника камеры не формирует видеокадр низкого разрешения. Это создаёт некоторые неудобства (визирование изображения по монитору, особенно вращающемуся, — однозначный плюс «цифры»), зато существенно расширяет экспозиционные возможности.

Цена

В России, где состояние рекламного рынка не позволяет фотографу рассчитывать на сверхприбыльные заказы, это серьёзный вопрос. Вкладывать деньги в дорогостоящие цифровые задники обычно невыгодно, и зеркальная камера со сменной оптикой — единственный выход. Но и здесь приходится держать ухо востро — темпы развития цифровых технологий таковы, что камеры «стареют» максимум за 1,5 года. 2003 г. можно назвать переломным — цифровые камеры со сменной оптикой стоимостью 2000–4000 долл. заметно оживили ряды «цифровых» фотографов. Если учесть, что за плёночные аналоги придётся выложить не менее 1300 долл., а по цене набор высококачественных объективов всё равно заметно превышает корпус, становится ясно — массовый переход профессионалов на «цифру» не за горами. Готовьтесь!

Автор благодарит представительства фирм Canon, Casio, Fuji, Minolta, Nikon, Olympus, Panasonic, Pentax, Sony, компании «Ансистем», «Бушерон», «Сивма», кафедру компьютерных методов физики (физфак МГУ) и лично консультантов Павла Горюшкина и Николая Чернышёва за помощь в подготовке материала.

Чувствительность

Максимальная чувствительность матрицы цифрового аппарата (измеряемая в единицах ISO) величина постоянная. Чем крупнее пиксель, тем больше света воспринимает (тем в меньшем освещении нуждается!), следовательно, тем выше чувствительность. Дальнейшее её повышение достигается усилением сигнала с ПЗС-матрицы. При этом растёт не только полезный сигнал, но и «шум» — паразитный сигнал, возникающий из-за тепловых токов и наводок в электрических цепях управления. (На глаз он воспринимается не как увеличение зернистости, а как цветовая и тоновая неоднородность по всему полю изображения.) Поэтому фотографы предпочитают снимать на максимальной чувствительности матрицы (в числах — минимальных), но управление чувствительностью во время съёмки (особенно в автоматическом режиме) — несомненный плюс «цифры», значительно уменьшающий процент явного фотобрака. Чувствительность матрицы большинства «профи» — 100–200 ISO, максимум, как правило, — 800 (редко — 1600). Заявленное для некоторых камер значение 3200 — не более чем маркетинговый трюк, т. к., помимо очень низкого отношения сигнал/шум, приходится всегда жертвовать разрешением (часть пикселей процессор использует с целью получения вспомогательной информации).

Аберрации

Это искажения, создаваемые объективом фотокамеры, т. к. в оптических системах нельзя обеспечить идеальные условия прохождения световых лучей, кроме случаев, когда изображение формируют узкие лучи, составляющие ничтожно малые углы с оптической осью объектива. В цифровой фотографии актуальны два типа аберраций.

Дисторсия — изгиб прямых линий по краям кадра — сильно заметна при съёмке широкоугольными объективами: масштаб искажений растёт по мере удаления от центра. При работе с нормальными или длиннофокусными объективами особых неудобств не возникает. К сожалению, на дисторсию почти не влияет значение относительного отверстия, поэтому диафрагмирование объектива её не уменьшает.

Хроматическая аберрация обусловлена тем, что лучи света, имеющие разную длину волны, неодинаково преломляются линзами и фокусируются в разных плоскостях. Эффект хорошо заметен в объективах с большим фокусным расстоянием; в цветной фотографии приводит к образованию цветных ободков вокруг резко изображаемого объекта. Низкодисперсные технологии в оптике практически полностью устраняют хроматическую аберрацию.

Скорость

О высококачественной оперативной съёмке цифровыми камерами пока речь не идёт. Даже при наличии встроенного оперативного буфера скорострельность обычно не превышает 3 кадр./с для TIFF- и RAW-изображений, а объём серии заметно меньше 36-ти кадров. При работе с JPEG-файлами показатели несколько лучше — 8-10 кадр./с (серия до 40 кадров). У некоторых камер и переход с RAW на JPEG не увеличивает скорость, т. к. при сохранении в формате JPEG сначала всё равно создаётся RAW-файл, использующий все исходные пиксели матрицы, а уж потом выполняется необходимое сжатие. При конвертации RAW-файлов процессор задействует буфер, и количество JPEG-снимков в скоростной серии может даже уменьшиться.

* Речь идёт об узкоформатных плёночных камерах и построенных на их основе цифровиках. Крупноформатная, среднеформатная техника и цифровые задники не рассматриваются.